Baterie elektromobilů představují složitý systém vyžadující precizní regulaci teploty. Články musí být zahřívány při nízkých teplotách a chlazeny při vysokých, aby fungovaly optimálně. Současně je třeba zabránit nebezpečnému jevu zvanému tepelné rozběhnutí (thermal runaway), kdy přehřátý článek začne hořet a požár se rozšíří na další části baterie.
Podle dat z dubna 2024 vzrostly prodeje elektromobilů v prvním čtvrtletí o 11,4 % oproti stejnému období předchozího roku. Dlouhodobé prognózy předpovídají pokračující dvouciferný růst, což zvyšuje tlak na výrobce, aby vyřešili bezpečnostní problémy baterií.
Jak fungují ochranné pásky
Speciální pásky s tlakově citlivým lepidlem (PSA) nabízejí elegantní řešení pro tepelné řízení baterií. Díky své minimální tloušťce poskytují krátkou cestu pro přenos tepla, přičemž mohou být integrovány s materiály o nízké nebo vysoké tepelné vodivosti podle potřeby.
Pro lepší pochopení tepelné vodivosti si představte procházku lesem. Hustý porost s překážkami je jako materiál s nízkou vodivostí - teplo se jím pohybuje obtížně. Naopak udržovaná stezka připomíná vysoce vodivý materiál, kterým teplo prochází snadno.
Tři typy tepelných požadavků
- Izolační materiály chrání normálně fungující články před přehřátím
- Vysoce vodivé materiály spojují články s chladicími komponenty
- Ventilační strategie umožňují únik horkých plynů z nefunkčního článku
Ochrana před tepelným rozběhnutím
Tepelné rozběhnutí začíná, když se přehřátý článek vznítí. Požár roste do bodu, kdy z článku vyrazí horké plyny a materiály. Tyto únikové látky způsobí přehřátí dalších článků, které se také vznítí. Událost na úrovni modulu se pak může rozšířit na další moduly v baterii a způsobit úplné zničení bateriového paketu i vozidla.
Pásky dokážou zapouzdřit izolační bariérové materiály jako slídu, keramický papír nebo aerogely. Ty se pak umístí mezi články, moduly nebo na vnitřní stranu víka baterie. Díky tenkému profilu pásek je možné maximalizovat tloušťku izolačního materiálu v omezeném prostoru.
Anizotropní pásky pro ventilaci
Výrobci článků integrují do svých návrhů ventilační strategie - porty umožňující únik horkých plynů a hořícího materiálu. Problém nastává, když tyto unikající látky proniknou ventilačními otvory do zdravých článků a spustí tepelné rozběhnutí.
Řešením jsou PSA pásky s anizotropním nosičem - pouze jedna strana pásky je ohnivzdorná. Tyto pásky se aplikují na bateriové články během montáže a zakrývají ventilační otvory. Anizotropní nosič pak umožní plamenům uniknout z hořícího článku, ale když plameny cirkulují modulem, ohnivzdorná strana pásky chrání ventilační otvory zdravých článků.
Elektrická ochrana a budoucnost
Elektrické oblouky ve vysokonapěťovém prostředí často vedou k požáru. Polymerní fóliové pásky lze použít uvnitř baterie pro lepení nebo zapouzdření kritických částí. Tyto pásky nabízejí vysokou dielektrickou pevnost na jednotku tloušťky a brání šíření tepla.
Nová technologie dielektrických pásek může být aplikována na ploché kovové polotovary před lisováním a tvarováním. Toto řešení optimalizuje jak dielektrickou pevnost, tak montážní procesy, protože eliminuje vytvrzování, čištění a další procesy potřebné u tradičních povlaků.
Všechna diskutovaná PSA řešení jsou již komerčně dostupná. Pásky lze řezat a razit na míru a dodávat ve velkém měřítku prostřednictvím místních zpracovatelů, kteří úzce spolupracují s výrobci baterií na zajištění správných řešení v potřebných objemech.
